Las partículas elementales se definen como partículas que no están constituidas por partículas más simples. Durante el mundo griego antiguo se propuso la idea atómica principalmente por Demócrito, Leucipo y Epicuro. A diferencia de la mayoría de los pensadores de esa época, los filósofos atomistas mencionados suponían que la materia no era un continuo, sino que estaba formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas átomos. De este modo se pensó que había átomos para cada uno de los supuestos cuatro elementos que para ellos eran; tierra, agua, aire y fuego. Sin embargo, después de este inicio, la teoría atómica fue marginal y quedó prácticamente en el olvido durante muchos siglos hasta que experimentos químicos proporcionaron evidencia sobre la existencia atómica estos fueron realizados por Lavoisier en 1774 quien basado en dichos experimentos químicos propone la ley de conservación de la materia. En 1804 Dalton realiza experimentos que le permitieron concluir que: “las sustancias están compuestas de átomos esféricos idénticos para cada elemento, pero diferentes de un elemento a otro”. Posteriormente, en 1811, el físico Amadeo Avogadro, postuló que, a temperatura, presión y volumen constante, un gas contiene siempre el mismo número de partículas, ya sean estas átomos o moléculas, independientemente de la naturaleza del gas, introduciendo con esto al mismo tiempo la hipótesis de que los gases pueden ser moléculas poliatómicas con lo que se comenzó a distinguir entre átomos y moléculas. Con extraordinaria visión científica Dmítri Ivánovich Mendeléyev creó en 1869 una clasificación de los elementos químicos en orden creciente de su masa atómica, remarcando que existía una periodicidad en las propiedades químicas, este trabajo fue el precursor de la tabla periódica de los elementos como la conocemos en la actualidad. Sin embargo, la visión moderna que considera una estructura atómica interna tuvo que esperar hasta el experimento de Rutherford en 1911 con el que mostró que los átomos están formados por un núcleo masivo cargado positivamente rodeado de electrones que giran a su alrededor. Por otra parte, en 1932 Chadwick descubrió que, en el núcleo atómico aparte de las partículas positivas, llamadas protones, se encuentra también otra partícula a la que llamó neutrón debido a que no tiene carga eléctrica. Podemos ver que a inicios del siglo XX se consideraba que los átomos estaban formados por tres partículas elementales; protón, neutrón y electrón. El desarrollo de aceleradores de partículas y cámaras de detección posteriormente permitieron descubrir una plétora de otras partículas. Sin embargo, pronto fue claro que esas nuevas partículas no eran elementales, sino que estaban formadas por otras más básicas. En particular se encontró que los protones y los neutrones no son partículas elementales, sino que están formadas por otras verdaderamente elementales llamadas cuarks. Actualmente la totalidad de las partículas del universo se clasifican en dos grandes grupos que son: Leptones y Hadrones. Leptones son las siguientes seis partículas elementales: electrón, muon, tauón, así como: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico. Los Hadrones como los protones y neutrones entre otras, están formados por las siguientes partículas elementales, llamadas cuarks: cuark arriba, cuark encantado, cuark tope, cuark abajo, cuark extraño y cuark fondo. Los protones y neutrones son ejemplos de hadrones formados por cuarks y los cuarks se mantienen unidos debido a la interacción nuclear fuerte entre ellos. El protón está formado por dos cuarks arriba y un cuark abajo, mientras que el neutrón está formado por un cuark arriba y dos cuarks abajo.
Recientemente investigadores de los laboratorios norteamericanos de Brookhaven y Aragonne, así como de la Universidad de Temple en Polonia y de la Universidad de Bonn en Alemania, acaban de publicar un artículo (ver: Shohini et al., “Moments of proton GPDs from the OPE of nonlocal quark bilinears up to NNLO”, Physical Review D, 2023; 108) en donde usando supercomputadoras calculan la distribución espacial de las cargas, momento y otras propiedades de los cuarks “arriba” y “abajo” dentro de los protones, mostrando que el cuark arriba tiene una distribución más simétrica y se distribuye sobre una distancia menor que el cuarks abajo. Estas diferencias implican que los cuarks arriba y abajo tienen diferentes contribuciones a las propiedades fundamentales y estructura del protón, incluyendo su energía interna y espín, siendo esta última propiedad una medida relacionada con su momento angular. Se espera que estos resultados computacionales sean la base de nuevos e importantes experimentos.
Gsz